DE3214940A1

DE3214940A1 - Als schutz gegen elektrostatische ladungen dienender fertigungsgegenstand und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3214940A1
Application number: DE19823214940
Authority: DE
Inventors: Ray M. 02857 North Scituate R.I. Rzepecki; Victor H. 06606 Bridgeport Conn. Weiss
Original assignee: Pervel Industries Inc
Current assignee: Pervel Industries Inc
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1982-12-16
Also published as: GB2109703A; GB2109703B; JPS57185117A; CA1189899A

Description

PatentanwSlt· ■
DipL-Ing. Hane-JUrgen Mfiller Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Scbupfner DipL-Ing. Hans-Peter Gauger Lucfli-Grahn-Str. 38 - D MOO Mönchen 80

Pervel Industries, Inc.

Plainfield, Connecticut 06374 (U.S.A.)

Als Schutz gegen elektrostatische Ladungen dienender Fertigungsgegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen statische Ladungen abweisenden oder zerstreuenden Folienwerkstoff, der sich zum umwickeln oder anderweitigen Verpacken elektronischer Bauelemente eignet, die gegen die schädlichen Einflüsse einer elektrostatischen Ladung zu schützen sind.

Die Verwendung leitfähiger Filme oder Laminate mit leitfähigen Filmen oder Folien ist als elektrostatische Abschirmung bekannt; bestimmte mikroelektronische Bauelemente sind jedoch so kompliziert und empfindlich, daß die bekannten Filme und/oder Folien durch zu schnelles Entladen eines Aufladungszustands eine Beschädigung hervorrufen können. Ferner sind derartige Filme und/oder Folien lichtundurchlässig, und es ist somit eine Handhabung und/oder ein öffnen erforderlich, um eine Sichtprüfung der umwickelten oder anderweitig verpackten Inhalte zu ermöglichen.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Folienwerkstoffs der bezeichneten Art mit einem Oberflächenwiderstand in einer für die Zerstreuung von statischen Ladungen geeigneten Größe, so daß eine gefahrlose Entladung eines elektrostatischen Ladungszustands z. B. in bezug auf mikroelektronische Bauelemente, möglich ist. Dabei soll handelsübliches Substratmaterial mit relativ hohem eigenem Oberflächenwiderstand einsetzbar sein, das einer die Leitfähigkeit erhöhenden Oberflächenbehandlung unterworfen wird, wobei ein im wesentlichen durchsichtiger oder lichtdurchlässiger Folienwerkstoff zum Umwickeln oder zur anderweitigen Aufnahme empfindlicher Gegenstände verwendet werden soll, so daß eine Sichtprüfung des Inhalts ohne Manipulationen zum öffnen der Verpackung möglich ist. Ferner soll es möglich sein, die die Leitfähigkeit erhöhende Oberflächenbehandlung unter Anwendung konventioneller Druckverfahren durchzuführen, wobei gleichzeitig eine erhebliche Kosteneinsparung unter Erzielung überragender, statische Ladungen zerstreuender Eigenschaften möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß handelsüblicher Folienwerkstoff mit hohem Oberflächenwiderstand auf einer oder beiden Oberflächen mit einem Netzwerk oder Gittermuster von sich kreuzenden Linien leitfähiger Druckfarbe bedruckt wird, wobei der Folienwerkstoff druckfähige Folie mit relativ hohem Oberflächenwiderstand ist, die entweder einer von mehreren Kunststoffen oder Papier oder Hartpapier sein kann. Der so bedruckte Folienwerkstoff ist sehr vielseitig einsetzbar.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ähnliche Teildraufsichten auf zwei und 1A* Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei

Folien verwendet werden; Fig. 2 eine größere Schnittansicht durch die

beiden Ausführungsbeispiele nach den Fig.

1 und 1A längs der Schnittlinie 2-2 von

Fig. 1;
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, die eine

Modifikation zeigt; und

Fig. 4, Perspektivansichten, die verschiedene 5, 6 Anwendungsmöglichkeiten für die Folien nach und 7 den Fig. 1-3 verdeutlichen.

Nach den Fig. 1 und 2 wird eine biegsame Folie 10 aus einem Werkstoff mit relativ hohem Oberflächenwiderstand verwendet, der druckfähiges Papier oder Kunststoff sein kann; die Schnittansicht zeigt einen Kunststoff. Z. B. kann der Kunststoff Polyäthylen, Nylon (Wz), Mylar (Wz), Polypropylen oder Polyvinylchlorid sein und weist mindestens eine bedruckbare Seite auf; bei all diesen Kunststoffen mit Ausnahme von Polyvinylchlorid wird zum Erhalt der Bedruckbarkeit eine Koronabehandlung empfohlen. Im Fall von bedruckbarem Papier eignet sich Kraftpapier entweder für sich oder als Außenschicht wie im Fall von Wellpappe. Beispielsweise liegt der Oberflächenwiderstand der bedruckbaren Seite von handelsüblicher lichtdurchlässiger Vinylfolie mit einer Dicke von 0,05 mm im Bereich von 10 -Q-/cm.

Dieser relativ hohe Oberflächenwiderstand wird auf einen erwünschten, statische Ladungen zerstreuenden Pegel in der Größenordnung von 10⁵ bis 10⁷ -fl/cm (in Abhängigkeit vom Verwendungszweck) dadurch verringert, daß der Werkstoff mit einer elektrisch leitfähigen Druckfarbe mit einem

grobmaschigen Matrixmuster bedruckt wird, wobei mindestens zwei sich schneidende Gruppen von Linien vorgesehen sind, die eine Mehrzahl Leiterbahnen in jeder von zwei Dimensionsrichtungen der bedruckten Fläche bilden. In Fig. 1 verlaufen die voneinander im Abstand liegenden Linien 11 der einen Gruppe orthogonal zu den voneinander im Abstand befindlichen Linien 12 der anderen Gruppe; in Fig. 1A gilt die gleiche orthogonale Beziehung, aber die Verbindungen 12 zwischen voneinander im Abstand liegenden aufeinanderfolgenden Paaren von Linien 11 sind in bezug auf die Verbindungen 12' zwischen einander benachbarten Linien 11 benachbarter Paare versetzt angeordnet. Das Resultat in elektrischer Hinsicht ist im wesentlichen das gleiche, und jedes der Druckmuster nach Fig. 1 und Fig. 1A ergibt eine Mehrzahl voneinander im Abstand liegender, elektrisch leitfähiger und einander kreuzender Gruppen von zueinander orthogonalen Leitergruppen; selbstverständlich werden mit einer so aufgedruckten Wiedergabe von z. B. Hühnerdraht oder anderen Gitterkonfigurationen die gleichen Ergebnisse erzielt.

Im Fall von Fig. 2 ist nur eine Seite der Folie 10 mit der Matrix aus leitfähiger Druckfarbe bedruckt, und in.Fig. 3 sind beide Seiten so bedruckt, wobei die jeweiligen Linien des Aufdrucks auf der zweiten Seite mit den gleichen, jedoch doppelt gestrichenen Bezugszeichen versehen sind.

Die folgenden Beispiele dienen der. Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Ein Muster aus elektrisch leitfähiger Druckfarbe wurde auf die glatte Oberfläche einer handelsüblichen kalandrierten

Prägefolie (Hersteller Ross & Roberts) mit einer Dicke von 0,05 nun aufgebracht. Das Muster war grobmaschig oder gitterartig ähnlich demjenigen nach Fig. 1. Die einander kreuzenden Linien 11-12 hatten eine Breite von 1,58 mm, und die umschlossenen freien Räume hatten eine Größe von 6,35 mm .

Die zur Bildung der Linien 11 und 12 eingesetzte Druckfarbe bestand aus einem Gemisch aus elastomeren und polymeren Bestandteilen mit leitfähigem Ruß in einem geeigneten Lösungsmittel. Insbesondere war die Mischung wie folgt zusammengesetzt:

30 % leitfähiger Ruß (Vulcan XC-72 von Cabot) 40 % Polyvinylchlorid
30 % Elastomergummi.

Diese Gemischanteile sind Gewichts-%, und das Gesamtgemisch wurde in einer 20% verdünnten Lösung gelöst, wobei als Lösungsmittel Dimethylformamid (DMF) eingesetzt wurde. Durch anschließendes Behandeln bei einer Härtetemperatur in einem Schmelzofen wurde das Lösungsmittel verdampft, und es verblieb als fest haftender Rückstand das leitfähige Gittermuster. Die Verbindung ist biegsam, und die so behandelte Seite der Folie 10 hat einen Oberflächenwiderstand von

6 2
2,7 x 10 XL/cm gegenüber einem Oberflächenwiderstand

10 2

von 1,4 χ 10 -O- /cm vor dem Bedrucken. Auf der unbedruckten (geprägten) Seite beträgt der Oberflächenwiderstand 1,2 χ 10¹⁰Jn-/cm² gegenüber 1,6 χ 10¹⁰JTL/cm² vor dem Bedrucken.

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Beispiel II

Eine Oberfläche von druckfähigem Papier (beispielsweise Kraftpapier oder eine aus Kraftpapier bestehende Außenschicht von Wellpappe) wird mit einer leitfähigen Druckfarbe auf Wassergrundlage mit einem Gittermuster wie in Beispiel I bedruckt. Die Druckfarbe besteht aus folgendem Gemisch:

30 % leitfähiger Ruß wie in Beispiel I 40 % BL-100 (ein wäßriges Butyllatexprodukt von Burke-Palmason)

30 % 1-94 (ein wäßriges Druckfarben-Bindemittel von Rohm & Haas).

Das Gemisch wird wiederum, jedoch in Wasser, so weit verdünnt, daß die Trockenbestandteile des Gemischs 20 Gew.-% der Druckfarbenlösung ausmachen. Nach dem Bedrucken der Folie wird das Wasser verdampft, und die Druckfarbe wird in einem Schmelzofen gehärtet. Der Oberflächenwiderstand liegt

6 2 in der Größenordnung von 10 SL/cm wie in Beispiel

Beispiel III

Das Matrixmuster nach den Beispielen I und Il wird durch konventionelle Tiefdruckverfahren unter Einsatz eines Tiefdruckzylinders und einer fortlaufenden Bahn von biegsamer Folie in einem kontinuierlichen Verfahren aufgebracht, während die Bahn die Tiefdruckzone durchläuft. Das Matrixmuster nach den Fig. 1 oder 1A oder ein entsprechendes elektrisch leitfähiges Muster wird auf den Zylinder mit bekannten Fotoätzverfahren mit einer Linienbreite von im wesentlichen 0,38 mm aufgebracht, wobei Freiflächen von im

wesentlichen 3,22 cm verbleiben, die durch einander schneidende Gruppen von Linien begrenzt sind. Das Härten der so bedruckten Bahn ist ebenso wie das Bedrucken ein Teil desselben hintereinander ablaufenden kontinuierlichen Verfahrens. Im Fall von Vinylfolie hatte das Erzeugnis bei einer Dicke von 0,5 mm einen Oberflächenwiderstand von 2 χ 10 JfL/cm auf der bedruckten Seite.

Beispiel IV

Auf der Grundlage eines Matrixmusters, das eine fotografische Wiedergabe der Silhouette eines lockeren Gewebes war und das die gravierte Oberflächendarstellung eines Tiefdruckzylinders war wurde unter Verwendung von leitfähiger Druckfarbe eine 0,07 mm dicke Polypropylenfolie mit einem

10 2 Oberflächenwiderstand von mindestens 10 jfi-/cm im Tiefdruckverfahren mit diesem Muster versehen. Die Druckfarbe entsprach derjenigen von Beispiel I, wobei jedoch anstelle von "Vulcan XC-72" ein höher leitfähiger Ruß, nämlich "Ketchen EC", eingesetzt wurde. Nach dem Trocknen und Härten wurde das erhaltene Produkt aus leitfähiger Folie in bezug auf den Oberflächenwiderstand der bedruckten Fläche gemessen; dieser betrug 10 XL/cm .

Die Fig. 4-7 zeigen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für die vorstehend erläuterten, leitfähig bedruckten biegsamen Folien.

Nach Fig. 4 ist eine einzelne dünne bedruckte Folie aus lichtdurchlässigem Polyäthylen, Nylon, Mylar, Polypropylen, Polyvinylchlorid od. dgl. zugeschnitten und zu einer biegsamen Tasche 15 verarbeitet, die eine vordere Wand 16 und eine

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hintere Wand 17 aufweist, wobei das freie Ende 18 der hinteren Wand eine Klappe ist, mittels welcher der Zugang zu dem empfindlichen Inhalt 19 wahlweise verschlossen wird; die Seitenränder sind längs Rapportlinien 20 z. B. durch Heißoder Ultraschallsiegeln miteinander verbunden. Das aufgedruckte leitfähige Gitter ist in geeigneter Weise für einen schließlichen Oberflächenwiderstand von 10⁵-CL/cm ausgewählt und befindet sich auf der Außenwandfläche, so daß sich ein richtiger Schutz entsprechend einem Faradayschen Käfig für den Inhalt 19 ergibt, der ein mikroelektronisches Schaltungsbauteil oder eine integrierte Schaltung sein kann. Die Tasche 15 schützt somit gegen die schädliche Reaktion auf ein extern vorhandenes elektrostatisches Feld, das z. B. vorhanden ist, wenn eine statisch aufgeladene Person die Tasche ergreift. Ferner ist der Inhalt 19 im Fall einer lichtdurchlässigen oder durchsichtigen Tasche gut sichtbar, so daß ein unnötiger Zugriff zum Inhalt 19 entfallen kann.

Nach Fig. 5 ist eine leitend bedruckte Kartonpapierfolie zugeschnitten und zu Schachtelform verarbeitet, wobei sich das leitende Gittermuster auf sämtlichen Innenflächen der Schachtel 25 befindet. Durch Schließen des Deckels 26 wird der etwaige Inhalt der Schachtel vollständig gegen elektrostatische Ladungen geschützt. Eine Masse aus einem geeigneten leitfähigen Schaum (nicht gezeigt) kann die Schachtel 25 im wesentlichen ausfüllen oder auskleiden und bildet damit nicht nur einen Schutz gegen elektrostatische Aufladung, sondern auch einen Schlag- oder Stoßschutz für ein empfindliches, ladungsempfindliches elektronisches Bauteil.

Der Aufbau der Schachtel 25* von Fig. 6 kann demjenigen nach Fig. 5 entsprechen, wobei jedoch die leitend bedruckte Oberfläche der die Schachtel bildenden Folie die Außenflächen der Schachtel bildet. Durch Vorsehen solcher leitenden

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Außenflächen ist ein Stapel solcher Behälter auf einem geerdeten leitfähigen Regal oder einer Matte automatisch selbsterdend für sämtliche Schachteln eines Stapels. Ferner ist unter Bezugnahme auf die von der Bodenplatte 28 der Schachtel 25* nach innen gefalteten Randabschnitte 27 ersichtlich, daß dann, wenn der Werkstoff der Schachtel 25* beiseitig leitend bedruckt ist (wie in Fig. 3), ein Außenflächenkontakt mit Innenflächenabschnitten erfolgt, wodurch die bedruckten Innen- und Außenflächen miteinander leitend verbunden sind.

Nach Fig. 7 besteht eine statische Ladungen zerstreuende Matte 30, z. B. eine Bodenauflage unter einem Schreibtischstuhl, aus einer dünnen, leitfähig bedruckten biegsamen oberen Lage 31, die mit der bedruckten Seite nach unten auf eine erheblich dickere Grund- oder Unterlagsschicht 32 haftend aufgebracht ist; in der Zeichnung ist eine unbefestigte Ecke der oberen Lage nach oben gerollt, so daß ersichtlich ist, daß die bedruckte Unterseite auf der Oberfläche der Grundschicht 32 aufliegt. Beide Lagen 31 und 32 können aus Vinyl bestehen, wobei die Unterlagsschicht bevorzugt ein Hart-Vinyl ist. Dabei hat z. B. die obere Lage 31 eine Dicke von 0,5 mm und weist eine geprägte Oberfläche auf, wodurch die Reflexion vermindert wird, und die untere Lage 32 kann eine Dicke von z. B. 4,7 rom aufweisen. Die Verbindung der beiden Lagen 31 und 32 kann in geeigneter Weise durch einen Klebstoff oder durch Anwendung von Wärme und Druck nach dem Aushärten des Aufdrucks aus leitfähiger Druckfarbe erfolgen.

Wenn die Matte nach Fig. 7 für die elektrostatische Entladung von stehenden Personen eingesetzt werden soll, kann dip untere Lage 32 zur Erhöhung des Stehkomforts geschäumt sein und z. B. aus Schaumvinyl bestehen.

Es ist ersichtlich, daß die erläuterten leitfähig bedruckten biegsamen Folien die eingangs angegebene Aufgabe lösen und in einfacher Weise kontinuierlich und kostengünstig in Massenfertigung herstellbar sind, wobei handelsübliche Werkstoffe und Bestandteile verwendet werden. Ferner eignen sich auch die beispielsweise angegebenen Verpackungs- und sonstigen Anwendungsmöglichkeiten für die kostengünstige Fertigung.

Ein sparsamer Verbrauch von Druckfarbe und eine verbesserte Durchsichtigkeit ergeben sich durch Aufbringen der gedruckten Matrix in Form dünner Linien, wobei die Linienbreite im Bereich von 0,12-1,27 mm liegt, bevorzugt jedoch ca. 0,38 mm beträgt. Dieser Zweck wird ferner auch dadurch erfüllt, daß die Matrix so ausgelegt ist, daß sich ein vorherrschender Anteil an freier Fläche ergibt, wobei der Anteil von leitend bedruckter Fläche zur Gesamtfläche im Bereich von 0,1-50 % liegt und bevorzugt zwischen 1 und 5 % beträgt.

Claims

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Patentansprüche

nJ. Als Schutz gegen elektrostatische Ladungen dienender Fertigungsgegenstand,

gekennzeichnet durch eine biegsame Folie aus einem Werkstoff mit relativ hohem Oberflächenwiderstand und eine auf eine der Folienseiten aufgedruckte offene Matrix aus elektrisch leitfähiger Druckfarbe, wobei die Matrix aus ersten und zweiten, einander schneidenden Gruppen einer Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlichen leitenden Pfaden besteht.
2. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gruppen im wesentlichen orthgonal zueinander verlaufen.
3. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Matrix aus gedruckten Linien mit einer Breite im Bereich von 0,12-1,27 mm besteht.
4. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Linien eine Breite von ca. 0,38 mm aufweisen.

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5. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Polienwerkstoff durchsichtig ist.
6. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Folienwerkstoff lichtdurchlässig ist.
7. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die die Matrix aufweisende Folienseite einen Oberflä chenwiderstand im Bereich von 10 -10'-^-/cm² aufweist.
8. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet,

daß die die Matrix aufweisende Folienseite einen Oberflächenwiderstand in der Größenordnung von 10° SL /cm aufweist.
9. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß auf die beiden entgegengesetzten Seiten der Folie je eine Matrix aufgedruckt ist.
10. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Matrixmuster im wesentlichen deckungsgleich sind.
11. Fertigungsgegenstand nach Ansruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die biegsame Folie ein Kunststoff wie Polyäthylen, Nylon, Mylar, Polypropylen oder Polyvinylchlorid ist.

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12. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die biegsame Folie aus einem Kunststoff besteht, dessen die Matrix aufweisende Seite einer Koronabehandlung unterworfen wurde.
13. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die biegsame Folie mindestens auf der die Matrix tragenden Seite aus bedruckbarem Papier besteht.
14. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die biegsame Folie Kraftpapier ist.
15. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die biegsame Folie Wellpappe ist.
16. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die leitfähige Druckfarbe leitfähigen Ruß und ein Elastomer als wesentliche Bestandteile enthält.
17. Verfahren zur Herstellung des Fertigungsgegenstands nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch Bedrucken einer Seite der Folie mit einer offenen Matrix aus elektrisch leitfähiger Druckfarbe, wobei die Matrix aus ersteh und zweiten, einander kreuzenden Gruppen einer Mehrzahl im Abstand voneinander befindlicher Leiterpfade besteht und wobei die Druckfarbe eine verdünnte Lösung aus elastomeren und polymeren Bestandteilen mit leitfähigem Ruß in einem Lösungsmittel ist, und Aushärten der so bedruckten Oberfläche.

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-A-
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Folie ein Kunststoff wie Polyäthylen, Nylon, Mylar, Polypropylen oder Polyvinylchlorid verwendet wird, und daß die genannten Bestandteile mindestens 10 %, jedoch erheblich weniger als 50 % des Gesamtgewichts der Lösung ausmachen.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bestandteile ca. 20 % des Gesamtgewichts der Lösung bilden.
20. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens die bedruckte Seite der Folie druckfähiges Papier ist, und

daß die Lösung eine wäßrige Lösung ist und die Bestandteile insgesamt ein Trockengewicht haben, das mindestens 10 %, jedoch erheblich weniger als 50 % des Gesamtlösungsgewichts ausmacht.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Trockengewicht der Bestandteile ca. 20 % des Gesamtlösungsgewichts ausmacht.
22. Aus der mit einer Matrix bedruckten biegsamen Folie nach Anspruch 1 hergestellter, statische Ladungen abweisender Behälter mit einem Innenraum zur Aufnahme eines Gegenstands, gekennzeichnet durch mit der Matrix bedruckte Wandflächen.

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23. Aus der mit einer Matrix bedruckten biegsamen Folie nach Anspruch 1 hergestellter, statische Ladungen abweisender Behälter,

dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Matrix bedruckte Seite die Außenfläche des Behälters bildet.
24. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der bedruckten Fläche relativ zur freien Fläche im Bereich von 0,5-50 % liegt.
25. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der bedruckten Fläche relativ zur freien Fläche im Bereich von 1-5 % liegt.